电路补偿法的基本原理范文

导语：如何才能写好一篇电路补偿法的基本原理，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】氧化锌避雷器；伏安特性；在线检测

避雷器是保护电力设备免受因雷击过电压，对电力设备的安全稳定运行起着重要的作用。氧化锌避雷器具有保护特性好、动作反应快、结构简单、体积小、质量轻等特点，得到了广泛的应用。在使用中由于常在户外装设，所处的环境较恶劣，会使氧化锌避雷器日趋老化，使其绝缘性能降低，影响正常工作，严重的时候会使氧化锌避雷器失去作用，引起热崩溃，甚至发生爆炸。因此，检测氧化锌避雷器绝缘特性是否完好就显得十分重要。本文中主要介绍氧化锌避雷器的在线检测的原理和方法，就其中的几种进行比较和分析。

一、氧化锌避雷器的特性及检测原理

氧化锌避雷器由于氧化锌阀片具有良好的非线性伏安特性，即图1所示，正常电压运行时，具有较大的阻抗特性，流过避雷器的电流很小（一般情况下会小于1mA），雷击或受冲击时，其过电压超过氧化锌避雷器的击穿电压时，阻抗会呈现较低的特性，使线路强大的冲击电流迅速流入大地，而使避雷器上所承受的电压不发生变化；当冲击过电压的幅值小于避雷器的击穿电压时，氧化锌避雷器仍然呈现较高的阻抗特性，呈现绝缘状态。

按照上述原理，可以得出氧化锌避雷器的等效电路图，即图2。

其中ux：避雷器运行电压；

ix：流过避雷器的电流；

iR、iC：流过避雷器的阻性电流分量iR和容性电流分量iC。

正常运行时流过氧化锌避雷器的电流ix很小，称为泄漏电流，泄漏电流中容性电流分量很大，而阻性电流分量很小。为发生故障时，流过它的泄漏电流会发生变化。目前检测氧化锌避雷器正常工作与否的基本原理是通过检测流过氧化锌避雷器的泄漏电流的变化情况来判断其是否工作在正常状态。

二、氧化锌避雷器在线检测的方法

避雷器在线检测分为离线检测和在线检测。采用离线检测法需将避雷器停用后再进行检测，会影响电力系统的正常供电。而采用在线检测不需要停用避雷器，即不影响电网系统的安全可靠运行。目前，氧化锌避雷器的在线检测方法许多，如总泄漏电流法、基波法、高次谐波分析法和补偿法等。下面就对氧化锌避雷器在线检测的几种常见方法进行介绍。

2.1总泄漏电流法

总泄漏电流法中假设流过氧化锌避雷器的容性电流分量基本保持不变，通过检测总的泄漏电流变化情况来反映阻性电流分量的变化情况，从而得出氧化锌避雷器是否处于正常工作的状态。现总泄漏电流法主要是采用测量接地引线上通过的泄漏全电流的方法来进行检测，如图3所示。

总泄漏电流法原理简单、容易实现，但不能及时反映避雷器早期的老化问题。当避雷器因受潮而发生故障时，阻性电流分量就会发生较大的变化，从而可以通过测量总电流的发生变化来发现故障。当总泄漏电流增大为两倍以上时，总泄露电流法可以有效地发现氧化锌避雷器在运行中的受潮和劣化情况。

2.2基次谐波法

基次谐波法利用氧化锌阀片在正弦波电压的作用下，它的阻性电流中只有基波电流产生功耗，阻性基波电流是一个定值，与谐波电压无关。在总泄漏电流的基础上经过滤波或者是对总泄漏电流进行数字谐波分析，提取出基波分量后对基波进行分解，然后根据阻性电流分量在基波中所占的比例变化来判断氧化锌避雷器的工作状态，基次谐波法测量的原理如图4所示。

在使用基次谐波法检测阻性电流分量时，不需要电网的电压信号，只需要在避雷器的接地线上直接接一个电流互感器就可以测得流过氧化锌避雷器的泄漏电流。基次谐波法的检测原理较为简单，具有一定的精确性。但此方法只能反映阻性电流基波成分的变化情况，对于利用高次谐波能够更反映避雷器的运行状态是无法完成的。

2.3高次谐波分析法

氧化锌阀片的绝缘性能下降是其出现故障的主要原因。产生这种现象主要有两种原因，一是氧化锌避雷器阀片老化使其非线性伏安特性变差，使得阻性电流分量中的高次谐波电流增大很多，而阻性电流分量的基波分量则不发生明显的变化；二是因为氧化锌避雷器受潮，其表现出的状况正好与老化引起的状况相反，其基波分量会发生明显的变化，而高次谐波分量则不发生明显的变化。因此，使用高次谐波法分析泄漏电流的阻性电流分量能够更准确的分析出氧化锌避雷器的运行状态，能够更好的保证氧化锌避雷器安全稳定的运行。

使用高次谐波分析法过程繁琐，虽然可以得出泄漏电流的各次阻性和容性电流谐波分量，但是在总的泄漏电流中容性电流分量是基本维持不变的，真正反映氧化锌避雷器运行状态的是阻性电流分量。因此，如果能够将总泄漏电流中的容性电流分量过滤掉，那么这个检测过程将会十分简单。

2.4补偿法

流过氧化锌避雷器的泄漏电流中容性电流分量占很大比例，而阻性电流分量很小。但是，在用基波法和高次谐波分析法检测的时候主要是检测阻性电流分量的变化情况从而确定氧化锌避雷器的工作状况，这就使得基波法和高次谐波分析法在检测的过程中的准确性受到了影响。

补偿法正是基于这样的考虑，利用容性电流分量和系统的电压相角关系将容性电流分量在总泄漏电流中滤去，从而获得单一的阻性电流分量，使得检测的准确性大大提高。图5为应用补偿法检测流过氧化锌避雷器泄露电流的原理图。

补偿法在一般情况下能够准确的反映氧化锌避雷器的运行状态，但是也存在着不足，这是因为三相MOA相距很近，其间存在着很大的杂散电容，会影响测量的结果，而补偿法还不能够消除相间耦合电容电流和系统高次谐波的影响，使得三相阻性电流出现不平衡。

2.5双“AT”检测法

双“AT”检测法基本原理为在测量泄漏电流法中设置一个对泄漏电流进行采样的AT传感器外，又增设一个AT传感器来对过电压情况下冲击大电流的峰值进行采样分析，从而记录氧化锌避雷器的动作次数，并设置了参考电压分析其动作的原因，然后将采集到的信号经过A/D转换器转换后进行数字信号处理，分析处理结果，从而得出氧化锌避雷器的运行状态。其基本原理图如图6所示。

双“AT”检测法在线检测的功能需要通过强大的支持软件来完成，对在检测过程中环境的温度和系统谐波问题进行了充分的考虑，其准确性较高，但是经济性不好，因此，双“AT”检测法在我国还是处于试用阶段，没有得到广泛的推广。

三、检测方法分析比较

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【关键词】变电设计；无功补偿；装置；设计

随着社会的发展，人们的需求也在不断提升，各种各样的电力器具的应用也在日益增多，社会的健康发展以及人们生活水平的提高同电力系统的安全平稳地运行息息相关。在电网的输送过程中，无功率变化起着越来越重要的作用，它对系统电能质量的影响正在不断提升。无功功率的不足将造成电压的下降，相反，无功功率过大则会造成电压的上升，这样将会直接影响到当前的应用线路，产生电压不稳亦或是电力不足的现象。这样的问题很容易损坏高级元器件，也可能使得电力系统解列或是进入崩溃的状态，这样必然造成影响十分恶劣的大范围的停电事故，此外，也可能造成输电线的电压不稳定，最终使得电路中一部分元器件被损坏，这些元器件都是对电压要求比较高的。

一、与无功补偿相关的基本概念

无功补偿，我们也将其叫做无功功率补偿。在供电系统中，无功补偿对电网的功率因数可以起到一个提高的作用，并且可以降低输送线路的损耗，以此提高供电效率、改善供电环境。一般地说，无功补偿装置作为配电系统中的不可或缺的基础设施，是拥有着相当重要的地位的，并发挥着不可替代的作用。在变电工作进行的过程中，适当的无功补偿装置可以高效率地降低由于线路所产生的电能损耗，与此同时，无功功率补偿对供电质量的提高以及供电的稳定也有着重要的作用。相反，如果不能在电力系统的工作过程中恰当地使用无功功率补偿装置，很容易使得在供电系统中出现电压大幅变动的现象，更有甚至会造成相当严重的谐波现象。如今，比较常用的无功功率补偿主要有三种，分别是有功功率、无功功率以及视在功率。下面我们分别对其定义进行叙述和分析。

（一）有功功率。有功功率是指交流电路中，在一定的周期之内，电源所产生的瞬时功率平均值，或者也可以说成是负载消耗的功率，这样的值被我们称作有功功率，通常使用符号P来表示。

（二）无功功率。如若在一个电路中存在电感或者电容元器件，那么在该电路的每半个周期之内，都会产生将电源的能量转变为磁场或电场的能量的现象，并把这些磁场或电场的能量储存起来，然后再释放掉，将储存起来的磁场或电场的能量再转变为电源的能量，即再返还给电源，这个过程叫做能量的交换，而并不是真正地消耗掉了能量，我们把在交换过程中产生的这个功率值就叫做无功功率，通常使用符号Q来表示。

（三）视在功率。在电路中，电压与电流的乘积就是视在功率的值，通常我们使用符号S来表示视在功率。

在电力系统当中，要想补偿用电设备所需的无功功率，我们通常采用的一种方法是使用并联电容器。用这种方法以提高功率因数，这种方法被我们叫做电容无功补偿法，一般来说，相位超前90°的是容性无功电流，它可以同相位滞后90°的感性无功电流相互作用，并抵消其中的一部分，换一种说法就是补偿了一部分的无功电流。在电路中使用并联电容器的方法之后，功率因数角同原来相比是变小了，因此功率因数就会变大，但是，这个过程并不会使感性的功率负载所产生的有功功率发生改变，只不过是如果想得到相同的有功功率，那么所需要的视在功率变少了。根据无功补偿的装置我们可以看到，它把功率符合装置同感性功率的负载装置并联在了一起，这样就形成了统一的一个电路，并且两者间可以进行能量的转换，我们通常将这种形式称作无功功率补偿。

二、进行无功补偿的必要性

在电力系统中，异步电动机和变压器等都是相对比较常用的设备，对于输电线路，一大部分都是感性的负荷，因此在运行的时候势必要向这些设备提供无功功率。无功电源包括如发电机、同步调相机、静电电容器和静止补偿器等等。通常来说，产生无功功率基本上是不消耗能源的，然而，无功功率在沿着电力网传输的过程中，势必要产生电压的损耗以及有功功率的损耗。假如让发电的企业直接给用户供应其所需要的大量的无功功率，那么变压器和输电线路输送如此大量的无功功率势必会造成相当的电能的损耗，这是不科学的也并不经济。为了能够尽最大的努力来降低无功功率在传输的过程中所造成的电能损耗，并且提高输配电效率，那么无功补偿设备必须要合理地分配和布局，我们采取的原则简要概括为八个字：分级补偿，就地平衡。

无功功率的补偿容量如果得到合理的分配，就可以达到改变电力网的无功潮流的分布的目的，这样就可以真正地实现减少电压损耗以及有功功率的损耗，以此来改善电压的质量。在进行补偿装置的设置过程中，应该根据各种因素例如电网电压、有功分配、系统的稳定性、无功平衡以及的、调相调压等，来提出关于补偿装置的参数，例如设置地点、容量以及电压的等级和形式种类等。

三、无功功率补偿的原理

电网的负荷由于传输了无功功率而被加重了，同时也增加了电网的损耗并造成系统电压的下降。因此，我们可以采取就近、就地补偿的方法。如前面我们所讲到的，并联电容器可以补偿感性无功功率，如果容性无功功率（QC）同感性无功功率（QL）相等，那么此时，电网传输的仅仅是有功功率（P）。根据我们国家对相关部分内容的规定，高压的用户其功率因数必须要达0.9以上；而低压的用户其功率因数也需达0.85以上，无功补偿，从本质上来说它就是尽最大限度地减少无功功率的传输。因此，我们可以想办法，就地安装上无功的电源，以此来达到用户和网络元器件的需求。

四、无功功率补偿的方式

从理论上来说，要想进行无功补偿，简而言之就是就地无功，即无功需要在哪里，就在哪里进行补偿，使得整个系统都是没有无功的流动的。但是我们深知，这在现实电网系统中是不可能实现的。因此又理论联系实际我们得出如下几个可行的无功补偿方式：（1）在变电所中的母线集中，装上并联电容器（组）。（2）在高压配电线和低压配电线中，分散地装上并联电容器（组）。（3）在配电变压器的低压一侧以及用户的车间配电屏分别装上并联电容器。

五、无功功率补偿所能达到的效果

（一）提高功率因数。

（二）减低电力系统中的电能的损失以及功率的损耗。

（三）改善用户端的电能的质量，并降低输电线路中的电压损失。

（四）提高设备的供电能力，从而节省投资。

（五）减少用户的电费开支，降低了生产的成本。

六、总结

在整个电力系统中，无功补偿有着十分重要的意义和不可替代的作用。我们进行无功补偿所采取的原则是“全面规划，合理布局，分级补偿，就地平衡”。将无功补偿容量的配置设定是变压器的容量的0.1至0.15倍，并遵循只能欠补、不能过补原则，防止产生无功的导流现象。我们需要做的就是合理配置和管理无功补偿的装置，继而来获得由于无功补偿所产生的最大的经济效益。

参考文献：

[1]电力系统电压和无功补偿电力技术导则.SD325-89

[2]变压器设计国家标准.GB6451.2-86.